[發(fā)明專利]三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 00100198.1
• 申請日: 2000-01-17
• 公開（公告）號: CN1092097C
• 公開（公告）日: 2002-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰;劉辛軍
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 天津市學(xué)苑有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 解松凡

本發(fā)明屬于先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人。

實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作的微動機(jī)器人正隨著微米/納米工程的深入而受到人們?nèi)找骊P(guān)注，利用柔性(或稱彈性)鉸鏈替代實(shí)際運(yùn)動副使得并聯(lián)結(jié)構(gòu)微動機(jī)器人不僅消除了常規(guī)運(yùn)動副所具有的間隙、摩擦、空回現(xiàn)象，而且充分發(fā)揮出并聯(lián)機(jī)構(gòu)高剛度、高精度等固有的品質(zhì)特性。

六十年代初期，Ellis提出用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為微動操作機(jī)械手，并應(yīng)用于生物技術(shù)和顯微外科中。為了提高精度，Magnani和Pernette研究了轉(zhuǎn)動副、移動副、虎克鉸和球鉸的彈性結(jié)構(gòu)形式(即柔性鉸鏈)。Stoughton和Tanikawa用兩個六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)筷子操作運(yùn)動；Hara和Hemini研究平面三自由度和六自由度微動機(jī)器人；Hudgens和Tesar研究的六自由度并聯(lián)微操作器；Lee提出空間三自由度微動機(jī)器人結(jié)構(gòu)；Parikian研究用Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為空間純移動微動機(jī)器人的方案。

在國內(nèi)，清華大學(xué)研制了微動工作臺；《儀器儀表學(xué)報(bào)》NO.1，1996報(bào)道，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了Stewart平臺結(jié)構(gòu)六自由度并聯(lián)微動機(jī)器人；在申請?zhí)枮?9119320.2、99102421.4和99121020.4專利文件中公開了“并聯(lián)解耦結(jié)構(gòu)六維力與力矩傳感器”和“具有彈性鉸鏈六維力與力矩傳感器”及“六自由度并聯(lián)解耦結(jié)構(gòu)微動機(jī)器人”。

盡管國內(nèi)外有許多學(xué)者研究并聯(lián)微動機(jī)器人，但是這些研究成果和專利技術(shù)存在的主要問題是有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的標(biāo)定困難，有的運(yùn)動解耦難，尤其是尚未有三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)由運(yùn)動工作臺、固定臺、連接運(yùn)動工作臺和固定臺的三支連桿組成。運(yùn)動工作臺通過三支連桿與固定臺連接，三支連桿與運(yùn)動工作臺的連接是分布在運(yùn)動工作臺三個互相垂直平面上的彈性虎克鉸，三支連桿分別通過三個彈性虎克鉸與分布在固定臺相互垂直的三個面板上的彈性移動副連接，每個彈性移動副連接著一個微位移驅(qū)動器。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明微動機(jī)器人具有運(yùn)動解耦、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、算法簡單等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三維解耦微移動。這種微動機(jī)器人的提出在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中具有特別重要的意義，它在精細(xì)操作和加工、納米尺寸制造、微動工作臺、集成電路制造、生物和遺傳工程、顯微外科等領(lǐng)域有廣闊而明顯的應(yīng)用前景和實(shí)際應(yīng)用價值。

附圖的圖面說明如下：

圖1是本發(fā)明三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳述：

三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由三個相互垂直的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)組成固定臺，運(yùn)動工作臺(4)通過三支連桿(18)、(16)、(6)分別與固定臺的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)相連接。三支連桿(18)、(16)、(6)的一端分別連接著分布在運(yùn)動工作臺(4)三個相互垂直面上的三個彈性虎克鉸(17)、(12)、(5)，三支連桿(18)、(16)、(6)的另一端分別連接著三個彈性虎克鉸(19)、(15)、(7)，其三個彈性虎克鉸(19)、(15)、(7)分別連接著分布在固定臺相互垂直的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)上的三個彈性移動副(3)、(14)、(8)，彈性移動副(3)、(14)、(8)分別連接著三個壓電陶瓷微位移驅(qū)動器(2)、(13)、(9)。

本發(fā)明微動機(jī)器人為一體化結(jié)構(gòu)，運(yùn)動工作臺、固定臺三個互相垂直的平面、三支連桿及其彈性虎克鉸、彈性移動副均為一體。運(yùn)動工作臺(4)通過分布在固定臺三個互相垂直平面(1)、(11)、(10)上的壓電陶瓷微位移驅(qū)動器(2)、(13)、(9)驅(qū)動三個彈性移動副(3)、(14)、(8)實(shí)現(xiàn)沿X、Y、Z的三軸解耦微移動。